Senolytic Sensitivity and Rejuvenation of Aged Muscle Stem Cell Identified by Novel Surface Marker = 새로운 마커로 규명된 노화 근육 줄기세포의 세놀리틱 민감성 및 회춘 연구

국문 초록 (Abstract)

근육줄기세포는 평생에 걸친 근육 재생에 필수적이지만, 그 재생 능력과 세포 수는 노화에 따라 감소한다. VCAM1 및 PAX7과 같은 고전적 근육줄기세포 마커의 감소는 일반적으로 근육줄기세포 수의 감소로 해석되어 왔으나, 이것이 실제 세포의 고갈을 반영하는지 또는 표현형의 변화에 의한 것인지는 명확하지 않다. 이에 본 연구에서는 Pax7CreERT2;RosaYFP 마우스를 이용하여 젊은 시기에 근육줄기세포를 유전적으로 표지하고, 노화에 따른 이들의 변화를 시간순으로 추적하였다. 그 결과, 전통적인 마커의 손실에도 불구하고 YFP⁺ MuSC의 수는 젊은 개체부터 고령 개체까지 안정적으로 유지되었으며, 고령기에는 VCAM1이 결여되고 PAX7 발현이 낮거나 없는 새로운 근육줄기세포 아형이 나타남을 관찰하였다. 이들은 기존의 분석에서는 간과되었던 세포들이다.
이러한 마커 결핍 노령 근육 줄기세포를 GERI-근육줄기세포(Geriatric Emerging Rejuvenation-responsive and Impaired)로 명명하고, 전사체 수준에서의 분석 결과 이 세포군은 휴지기 근육줄기세포의 특성 및 근육줄기세포의 핵심 정체성인 재생능을 유지하고 있었다. 기능적 분석 결과, 이들은 클론 형성 능력과 재생 능력이 모두 저하되어 있었지만, 여전히 근육 줄기세포의 기능을 하고 있었다. GERI-근육줄기세포는 Cdkn2a를 포함한 부분적인 노화 관련 전사체를 발현하였으나, 완전한 노화 특성은 나타나지 않아 생체 내 휴지기 줄기세포에서 관찰되는 특이적인 노화 유사 상태로 해석된다. 주목할 점은 이 GERI-근육줄기세포들이 다사티닙과 퀘르세틴을 이용한 세놀리틱 처리에 의해 선택적으로 제거되었고, 안드로겐 신호 전달 물질에 반응한다는 점이다. 실제로 디하이드로테스토스테론 처리 시 GERI-MuSC에서 VCAM1 발현과 재생 기능이 모두 회복되어, 이들의 치료적 가능성을 부각시켰다.
또한, GERI-근육줄기세포와 같은 기존 마커로는 검출되지 않는 세포들을 효율적으로 분리하기 위해 대체 표면 마커를 탐색하였으며, CD63과 CD200이 노화에 관계없이 안정적으로 발현되는 마커로 확인되었다. 따라서 CD63, CD200, VCAM1을 병용한 표면 마커 조합을 통해 노령 근육에서 고전적 근육줄기세포와 GERI-근육줄기세포를 모두 포괄적으로 분리하는 것이 가능해졌다. 본 연구는 근육줄기세포 수가 노화에 따라 감소한다는 기존의 통념에 의문을 제기하고, 기능적으로 손상되었지만 회복 가능성이 있는 숨겨진 근육줄기세포 군집을 새롭게 밝혔다는 점에서 의의가 있다. 이는 근육 줄기세포 노화에 대한 개념적 및 기술적 연구 틀을 확장하고, 노령 근육 줄기세포를 표적으로 하는 치료 전략을 평가하는 데 기여할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Muscle stem cells (MuSCs) are indispensable for lifelong muscle regeneration, yet their regenerative capacity declines with age. While reductions in classical MuSC markers such as Paired Box Protein 7 (PAX7) and Vascular Cell Adhesion Molecule 1 (VCAM1) have been widely interpreted as a numerical loss of MuSCs, it remains unclear whether this reflects true depletion or phenotypic alteration. To address this, I employed Pax7CreERT2;RosaYFP mice to genetically label MuSCs at young age and chronologically trace their fate through aging. Surprisingly, the number of YFP+ MuSCs remained stable from young to geriatric stages, despite marked loss of traditional markers. At geriatric age, I observed the emergence of a distinct subpopulation of MuSCs lacking VCAM1 and exhibiting low or absent PAX7, which had previously escaped detection.
Despite their marker-deficient phenotype, these aged MuSCs—termed GERI-MuSCs (Geriatric Emerging Rejuvenation-responsive and Impaired MuSCs)—retained core features of quiescence and myogenic identity at the transcriptomic level. However, functional assays revealed impaired clonogenicity and regenerative potential. GERI-MuSCs expressed elevated levels of partial senescence-associated transcripts, including Cdkn2a, but lacked a full senescence profile, suggesting a unique senescence-like state observed in in vivo aging of quiescent stem cells. Notably, these cells were selectively eliminated by senolytic treatment with dasatinib and quercetin, yet retained responsiveness to rejuvenation via androgen signaling. Dihydrotestosterone (DHT) treatment restored both VCAM1 expression in GERI-MuSCs and regenerative function of the muscle were restored, underscoring their therapeutic relevance.
To facilitate the detection and isolation of these elusive cells, I screened for alternative surface markers and identified CD63 and CD200 as age-resilient markers consistently expressed across MuSC subtypes. Combined use of CD63, CD200, and VCAM1 enabled comprehensive recovery of both classical and GERI-MuSCs from aged muscle. Together, my findings challenge the prevailing view of MuSC number decrease with age and instead reveal a hidden subpopulation that is functionally impaired yet amenable to rejuvenation. This work provides a refined conceptual and technical framework for studying MuSC aging and evaluating therapeutic strategies targeting aged muscle stem cells.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT i
• CONTENTS iv
• LIST OF FIGURES v
• BACKGROUND 1
• INTRODUCTION 41
• RESULTS 44
• DISCUSSION 93
• CONCLUSION 102
• MATERIALS & METHODS 106
• REFERENCES 116
• 국문 초록 127
• ACKNOWLEDGEMENT 129